發(fā)布時(shí)間：2018-03-22 12:15

  本文選題：三維NOC　切入點(diǎn)：熱均衡　出處：《西安電子科技大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：多核處理器芯片隨著芯片尺寸的日漸減小,對通信帶寬的要求日漸增加。隨著TSV技術(shù)的日漸發(fā)展,制造三維集成電路也逐步成為現(xiàn)實(shí),將其與片上網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)相結(jié)合,三維片上網(wǎng)絡(luò)便應(yīng)運(yùn)而生。片上網(wǎng)絡(luò)主要用來滿足對性能要求較高、芯片面積要求較嚴(yán)格的電路設(shè)計(jì)。但是,由于多層堆疊技術(shù)中高功耗高密度將會(huì)造成三維片上網(wǎng)絡(luò)的溫度過高,因此溫度特性的考量也成為了三維片上網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)當(dāng)中不可忽略的關(guān)鍵問題。本文開展了以下研究:首先,在分析三維片上網(wǎng)絡(luò)熱問題的當(dāng)前研究現(xiàn)狀以及三維片上網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)上,提出了基于3Dmesh交叉開關(guān)路由器的熱模型。該模型將網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中的熱量來源分為兩個(gè)部分,其一為路由器本身產(chǎn)生的熱量,其二為路由器與路由器之間由于溫度差所產(chǎn)生的熱量傳遞,路由器本身產(chǎn)生的熱量由路由器的結(jié)構(gòu)所決定,由于溫度差產(chǎn)生的熱量傳遞由半導(dǎo)體材料本身及其熱阻做決定。整個(gè)片上網(wǎng)絡(luò)的溫度模型根據(jù)每個(gè)路由器t時(shí)刻的溫度來決定。其次,基于上述熱模型,設(shè)計(jì)了一種新的片上網(wǎng)絡(luò)熱均衡路由算法和帶有熱量控制器的路由器,通過在熱量控制器中加入前述設(shè)計(jì)的路由器熱模型,用于計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻路由節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)溫度,本文給出的熱均衡路由算法采用基于維序路由的無死鎖自適應(yīng)路由算法,通過避免轉(zhuǎn)彎的方式來避免路由算法當(dāng)中出現(xiàn)的死鎖問題,當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸至當(dāng)前路由節(jié)點(diǎn)時(shí),首先根據(jù)其目的節(jié)點(diǎn)判斷其可用的最短路徑的可傳輸方向,之后根據(jù)相鄰路由器的溫度信息將數(shù)據(jù)傳送至周圍沒有超過溫度閾值的路由器,當(dāng)相鄰的路由器的溫度都超過閾值時(shí),網(wǎng)絡(luò)采用zxy維序路由完成數(shù)據(jù)的傳輸。最后,建立了3D-TCNOC片上網(wǎng)絡(luò)的性能評估平臺,對該熱均衡路由算法進(jìn)行了性能評估與對比。該評估平臺采用了開環(huán)互連網(wǎng)絡(luò)測量的方式:當(dāng)數(shù)據(jù)包分組產(chǎn)生后,它們將存儲在節(jié)點(diǎn)本地輸入端口的一個(gè)無限深的隊(duì)列中,然后根據(jù)節(jié)點(diǎn)路由情況注入到網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中。這種開環(huán)的測量網(wǎng)絡(luò)的方式將數(shù)據(jù)產(chǎn)生和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸隔離開來,即數(shù)據(jù)產(chǎn)生與網(wǎng)絡(luò)的工作狀態(tài)是獨(dú)立的,該方法可更加準(zhǔn)確的測量出網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中的各項(xiàng)性能指標(biāo)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明相對傳統(tǒng)的zxy路由算法呢,本文提出的熱均衡3D-TCNOC的路由算法既能有效降低系統(tǒng)的最高溫度,同時(shí)使溫度分布更加均衡。
[Abstract]:With the increasing development of TSV technology, the manufacture of 3D integrated circuits becomes a reality, which combines with the characteristics of on-chip network. Three-dimensional on-chip network emerged as the times require. The on-chip network is mainly used to meet the high performance requirements, chip area requirements more stringent circuit design. Because of the high power consumption and high density in the multilayer stacking technology, the temperature of the 3D on-chip network is too high. Therefore, the consideration of temperature characteristics has also become the key problem in the design of 3D on-chip network system. This paper has carried out the following research: first, Based on the analysis of the current research situation of the 3D on-chip network heat problem and the key technologies related to the 3D on-chip network, a heat model based on 3Dmesh cross-switch router is proposed, which divides the heat source of the network into two parts. One is the heat generated by the router itself, the other is the heat transfer between the router and the router due to the temperature difference. The heat generated by the router itself is determined by the structure of the router. The heat transfer due to the temperature difference is determined by the semiconductor material itself and its thermal resistance. The temperature model of the entire on-chip network is determined by the temperature at t of each router. A new heat equalization routing algorithm for on-chip network and a router with heat controller are designed. By adding the designed router thermal model to the heat controller, the real-time temperature of the routing node at the current time is calculated. The proposed thermal equilibrium routing algorithm uses deadlock-free adaptive routing algorithm based on dimensionally ordered routing to avoid deadlock problems in the routing algorithm by avoiding turning. When the data is transmitted to the current routing node, First, the transmissible direction of the shortest available path is determined according to the destination node, and then the data is transmitted to the surrounding router without exceeding the temperature threshold according to the temperature information of the adjacent router. When the temperature of adjacent routers exceeds the threshold, the network uses zxy dimensional routing to complete the data transmission. Finally, the performance evaluation platform of the 3D-TCNOC on-chip network is established. The performance evaluation and comparison of the thermal equalization routing algorithm are made. The platform adopts the open loop interconnection network measurement method: when packet packets are generated, they will be stored in an infinite queue on the local input port of the node. Then it is injected into the network according to the node routing. This open-loop measurement network separates the data generation from the network data transmission, that is, the data generation is independent of the working state of the network. The experimental results show that compared with the traditional zxy routing algorithm, the thermally balanced 3D-TCNOC routing algorithm proposed in this paper can effectively reduce the maximum temperature of the system. At the same time, the temperature distribution is more balanced.
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN47

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本文編號：1648610